Оборудование, приборы и методы для измерения давления, скорости и расхода жидкости

КАБАРДИНО-БАЛКАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Х.М. БЕРБЕКОВА

ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА прикладной механики

___________

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО ГИДРАВЛИКЕ

Часть I

Нальчик 2005 г.

УДК 5 32 (075)

ББК30.123 я 73

Рецензент к.т..н. доцент КБГСХА А.Г. Шурышкин

Составители: Луценко Е.В., Барагунова Л.А.

Методические указания по выполнению лабораторных работ

по гидравлике. – Нальчик / Каб.-Балк ун-т, 2005 г. -45с.

В методических указаниях по выполнению лабораторных работ по гидравлике рассмотрен традиционный перечень работ, выполняемых студентами инженерных специальностей вузов, в учебных программах которых предусмотрен общий курс гидравлики и гидродинамики.

Указания могут быть также использованы студентами специальностей 030600 –«Технология и предпринимательство», 320700 – «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»

Рекомендовано РИСом университета

© Кабардино-Балкарский ордена Дружбы народов государственный университет, 2005 г.

Лабораторная работа № 1

Измерительные приборы и оборудование

Цель работы

Ознакомиться с лабораторией гидравлики, приборами и оборудовани­ем. Усвоить технику безопасности и правила работы в лаборатории. Изу­чить приборы и методы определения давления, скорости и расхода жидкости.

Техника безопасности

2.1. В лаборатории должна соблюдаться строгая учебная дисциплина.

2.2. Перед началом занятий в лаборатории студенты должны полу­чить инструктаж и расписаться в журнале по технике безопасности.

2.3. Перед началом работы следует освободить рабочие места от по­сторонних предметов, т.к. захламленность рабочего места бывает причиной несчастного случая.

2.4. В лаборатории запрещается: находиться в верхней одежде;

-курить и пользоваться открытым огнём;

-включать и производить монтажные работы без разрешения преподавателя;

- выполнять лабораторную работу одному члену бригады;

-касаться токоведущих оголенных частей, клемм, монтажных коло­док, находящихся под напряжением;

-находиться в зоне ограждения центробежных насосов, муфт и элек­тродвигателей.

2.5. При обнаружении неисправной рабочей установки поставить в из­вестность преподавателя,

2.6. По окончании проведения работ необходимо выключить установ­ку и убрать рабочее место.

2.7. В случае обнаружения возгорания незамедлительно обесточить ус­тановку, поставить в известность преподавателя и приступить к ликвидации очага возгорания.

2.8. Токоведущие части и электродвигатели тушатся при помощи су­хих углекислотных огнетушителей,

2.9. Тушение гидросистем, содержащих минеральные масла, допуска­ется при помощи кошмы, пропитанной огнестойким составом.

Оборудование, приборы и методы для измерения давления, скорости и расхода жидкости

Лабораторные работы по общей гидравлике выполняются на стенде с на­порным баком, в котором поддерживается постоянный уровень воды и трубопро­водом, имеющим различные местные сопротивления, трубку Вентури, задвижку и параллельно включенный трубопровод без местных сопротивлений, используемый для определения потерь по длине. На трубопроводе установлены приборы для оп­ределения давления, скорости и расхода жидкости.

По принципу действия различают приборы жидкостные, пружин­ные, электрические, комбинированные и т.д.

К жидкостным относятся приборы, основанные на гидростатическом принципе действия, заключающемся в том, что измеряемое давление уравновешивается столбом жидкости, высота которого служит мерой давления.

Действие пружинных манометров основано на применении закона Гука. Сила давления деформирует упругий элемент прибора, пружину, которая может представлять собой полую трубку, мембрану, сильфон и т.д. Деформация упругого элемента, вызванного давлением, служит его мерой

Действие электрических приборов основано на использовании пропорциональности между изменением некоторых электрических свойств ма­териалов и изменением давления. Например, омическое сопротивление неко­торых сплавов пропорционально давлению окружающей среды. Величина электрических зарядов, появляющихся на поверхности кристаллического диэлектрика при сжатии или растяжении кристалла, пропорционально дейст­вующему давлению; это свойство используется при измерении быстропеременных давлений.

3.1. Приборы для измерения давления.

Приборы для измерения давления очень разнообразны. По характеру измеряемой величины приборы разделяются на группы:

-приборы для измерения атмосферного давления - барометры:

-приборы для измерения избыточного давления и вакуума - мано­метры и вакууметры. Приборы, которыми можно измерять избыточное дав­ление и вакуум называют мановакууметрами.

Приборы для измерения абсолютного давления - манометры абсолют­ного давления. Абсолютное давление можно измерять с помощью баромет­ра и манометра либо вакууметра.

Тогда Р_абс = Р_атм + Р_из6 - если измеряемое давление больше атмосферного.

Р_абс = Р_атм - Р_из6 - если измеряемое давление меньше атмосферного;

- приборы для измерения разности давлений - дифференциальные ма­нометры;

- приборы для измерения малого избыточного давления - микроманометры. К комбинированным относятся приборы, принцип действия которых носит смешанный характер (электромеханические приборы).

Основными характеристиками приборов являются класс точности, диапазон измеряемых давлений, чувствительность, линейность, быстродей­ствие. Установлены следующие классы точности для приборов измеряющих давления: 0,005; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 6,0. Приборы клас­сов точности 0,5 - 6,0 используются как рабочие.

3.2. Приборы для измерения скорости движения жидкости.

Для измерения местных скоростей потоков применяются гидродина­мические трубки и термоэлектрические анемометры

Определение скоростей с помощью гидродинамических трубок осно­вано на измерении динамического давления , равного разности полного Р₁ и статического Р₂ давления в потоке.

Полное давление измеряется трубкой полного напора, представляю­щей собой изогнутую трубку, один конец которой помещен в поток так, что его нормальный срез ориентирован перпендикулярно скорости потока, дру­гой конец открыт в атмосферу, В такой трубке жидкость поднимается на вы­соту pgh₂ т.е. P₂ = pgh₂.

Статическое давление измеряется трубкой статического напора, жид­кость в трубке поднимается до высоты т.е. Р₁= pgh₁, тогда

₌ Р₂- Р₁= pgh₂ - pgh₁= pgDh или u= .

Для учёта ошибок в формулу вводят коэффициент К:

u=К .

Величина К определяется экспериментальным путём - тарированием трубки. Средняя скорость потока V определяется как частное от деления рас­хода Q на величину площади живого сечения ω.

V= .

3.3. Приборы для измерения расхода.

Приборы для измерения количества жидкости разделяются на мерные баки и механические счетчики жидкости. Мерные баки представляют собой тарированные ёмкости, снабженные отверстиями для выпуска воды. Мерные баки выполняются двухкамерными и однокамерными.

Механические счётчики представляют собой прибор, основной ча­стью которого является рабочий орган, приводимый в периодическое движение жидкостью протекающей через прибор. Число циклов рабочего органа, пропорционально количеству протекшей жидкости, измеряется счёт­ным механизмом. Счётчики разделяют на объёмные, скоростные и весовые

Кроме выше перечисленных приборов применяют ротаметры, диа­фрагмы, трубы Вентури.

Измерение небольших расходов осуществляется объёмным способом с помощью мерных баков определенного объёма. Секундомером определя­ется время наполнения при установившемся движении жидкости.

Величина расхода определяется отношением объёма жидкости (W) на продолжи­тельность его наполнения (t), в секундах

Q = .

Для измерения больших расходов в открытых потоках применяются мер­ные водосливы (обычно треугольные или прямоугольные в тонкой стенке, рабо­тающие на режиме незатопленной струи), насадки, диафрагмы. Эти приборы дают меньшую точность определения расхода, чем объёмный или весовой. Общей фор­мулой для подсчёта расхода, перетекающего через водослив, является

Q = ,

где ω - площадь водослива; m - постоянная водослива.

Точные значения mопределяются экспериментально, путем тарирова­ния водослива. Существуют эмпирические формулы для подсчета m.

Способ измерения расхода с помощью диафрагмы (сопла) основан на создании в потоке перепада давления, который измеряется ртутным диффе­ренциальным манометром. Тогда расход жидкости определяется по формуле

; С = ,

где m - коэффициент расхода; w- площадь сечения отверстия диафрагмы; Dh - разность уровней в пьезометрах, установленных перед и после нее.

4. Контрольные вопросы

4.1.Какое устройство в напорном баке служит для получения устано­вившегося движения жидкости?

4.2.Как определить расход жидкости в трубопроводе?

4.3.Как определить среднюю скорость жидкости в любом сечении трубопровода?

4.4.Какие приборы служат для измерения давлений, скорости, расхода?

4.5.Какие методы служат для определения больших величин расхода?

Литература

5.1.Башта Т.М. Гидравлика, гидравлические машины и гидроприводы. - М: Машиностроение, 1982. - С. 40-44; 58-61.

5.2.Кедров B.C., Калицун В.И. Гидравлика, водоснабжение и канали­зация. Стройиздат, 1972. - С. 22-25.

5.3.Угинчус А.А. Гидравлика и гидравлические машины - Харьков 1970. -С. 116-1 18, 131-136.

5.4.Руднев С.С. Лабораторный курс гидравлики насосов и гидропере­дач. - М.: Машиностроение, 1974. - С. 49-100.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Опытная проверка уравнения Д.Бернулли

Цель работы

Определение величин, входящих в уравнение Бернулли для потока реальной жидкости; построение пьезометрической линии и линий полной удельной энергии.

Введение

Уравнение Бернулли является основным уравнением гидродинамики. Оно устанавливает взаимосвязь между скоростью движения жидкости, ее давлением, потерями энергии. Уравнение Бернулли имеет вид:

,

где z и z -удельная энергия положения, измеряется в (м);

; -удельная энергия давления, измеряется в (м);

; -удельная кинетическая энергия, измеряется в (м);

; -коэффициенты, учитывающие неравномерность распределения скорости по живому сечению;

-потери удельной энергии в (м).

Измерительные приборы

Линейка, секундомер, мерный бак объёмом W=15000 см , пьезометр.

1-напорный резервуар;

2-трубопровод переменного сечения с местными сопротивлениями;

3-пьезометрические трубки, установленные в характерных сечениях;

4-кран для регулирования расхода;

5-мерный бак.